Tiempo de tormentas atmosféricas. (Y de las otras también)

Lo que sigue son unas breves nociones de  aproximación al nacimiento de un fenómeno meteorológico: las tormentas. Escrito por mi amigo Fernando, al que le quedo muy agradecido.

                                                             Fenómenos meteorológicos

Las tormentas están generadas principalmente por nubes cumuliformes de aspecto de coliflor. Dichas nubes por diversos movimientos del aire se van reagrupando entre ellas hasta que adquieren, según casos, un determinado volumen. Este volumen varía mucho dependiendo del lugar en que se vaya a formar la tormenta.

Cuando una “parcela de aire”, en contacto con el suelo, se calienta, experimenta, según el principio de Arquímedes, un empuje vertical hacia arriba, tanto mayor cuanto mayor es la diferencia de temperatura entre la parcela calentada y el aire que la rodea. Esta fuerza de empuje ascendente se llama flotabilidad y de ella depende la mayor o menor rapidez de formación del cumulonimbo, que se transformará en tormenta. Por lo general, se ha experimentado que el gradiente adiabático de enfriamiento con la altura es de 10º C/Km, aunque éste depende de diversos factores que pueden alterarlo.

Cuando el movimiento de la citada “parcela” es tal que al ascender siempre está más caliente que el aire ambiente que la rodea y se mantiene así durante todo el tiempo que dura su ascenso, decimos que se mueve en una atmósfera inestable.

Como todo volumen de aire lleva vapor de agua en suspensión, cuando dicho aire se eleva y se enfría llega un momento que el vapor se condensa al 100% y se hace visible. Son las pequeñísimas gotículas que forman la nube. Esto ocurre a una altura tal que se llama “nivel de condensación por ascenso”. Es exactamente la base de la nube propiamente dicha.

Generalmente las tormentas están formadas por nubes de desarrollo vertical, llamadas cumulonimbos que ascienden en el seno del aire de tal forma que sus cimas están a una altura que alcanza temperaturas bajo cero, dado que el yunque (nombre que se debe a su forma) puede estar a muchos grados negativos. En este caso el cumulonimbo contiene agua en forma de vapor en su base y gotículas heladas en la cima; puede ésta alcanzar seis o siete Km, a veces más. Una vez iniciado el proceso de ascenso del aire cálido y según se va formando el citado cumulonimbo, por leyes físicas, el aire se acelera y sube más rápido que cuando no había empezado la condensación. Se generan grandes corrientes interiores ascendentes dentro de la nube, al mismo tiempo que se forman grandes corrientes descendentes por fuera de ella.

Dichas corrientes descendentes disipan la nubosidad que pueda existir alrededor del cumulonimbo, que aparece totalmente limpio, rodeado de un espacio de cielo azul. Son las características “torres blancas” que aparecen antes de formarse una tormenta de verano. La tormenta alcanza la máxima intensidad de precipitación en su etapa madura. Los cumulonimbos maduros se caracterizan por fuertes aguaceros y vientos bastante considerables en lo que se llama “frente racheado”. La velocidad de propagación del citado frente va aumentando conforme aumenta el espesor del flujo caliente de aire y disminuye su temperatura. Su valor óptimo se consigue cuando se igualen la velocidad de propagación  de dicho frente  a la de desplazamiento de la tormenta.

Cuando las gotitas heladas del cumulonimbo han alcanzado su altura máxima y no pueden subir más, comienzan a caer formando cristales de hielo a los cuales se les van uniendo, en su caída, nuevas gotículas  heladas que aumentan el diámetro del primitivo cristalito. Son los típicos granizos.

Puede ocurrir que las corrientes internas ascendentes de la nube sean tan fuertes que, un pequeño granizo antes de llegar al suelo, realice varios “viajes” de subida y bajada engordando más cada vez en cada uno de ellos, hasta que alcanza un peso total que la citada corriente ascendente ya no puede con él; entonces cae al suelo.

Las tormentas descargan bien en forma de aguacero, granizados o mezcla de ambos. Cuando ello ha ocurrido cesan las corrientes ascendentes en su interior, solo quedan los descendentes y finalmente ocurre la fase de disipación, es cuando aparece en la zona más alta el yunque blanco de estructura fibrosa que prácticamente son cirros. El citado yunque está a varios Kilómetros de altura y con él está prácticamente acabada la tormenta.

Todo lo anterior se refiere a los llamados fenómenos mecánicos, pero analicemos también elementalmente “fenómenos eléctricos”, los rayos y los truenos.

En la atmósfera siempre hay cargas eléctricas libres y la mayor parte de ellas son positivas. Junto a la superficie terrestre hay cargas negativas. Arriba, aproximadamente a una altura de unos 100 Km, en la base de la Ionosfera hay tantas cargas positivas que entre éstas y la superficie terrestre se puede alcanzar  una diferencia de potencia de unos 200.000 voltios. Debido al aire interpuesto entre ambas distancias no puede saltar la chispa. Es el “campo eléctrico atmosférico”. Pero cuando, por diversas circunstancias, aparece una tormenta todo cambia. Las gotículas agitadas por las grandes corrientes internas de la nube se electrizan, tendiendo hacia abajo las negativas y hacia arriba las positivas. Sin embargo, cuando la tormenta ha cuajado y ya está descargando ocurre lo que se llama el tripolo: En la parte superior, que puede alcanzar 7 Km o más y está a unos 20 o 25º bajo cero, hay cargas positivas, en la parte central, entre unos 7 y 15º bajo cero existen las cargas negativas y en la parte de abajo, en la base de la nube donde arranca el aguacero vuelve a haber cargas positivas

Cuando aproximadamente se alcanzan 30.000 voltios de diferencia de potencial por cada centímetro de distancia entre ambos campos salta la “chispa”, surge el rayo.

El rayo que puede ir de nube a tierra (lo más general), de nube a nube (en muchos casos) o (lo menos general) de tierra a nube, puede transferir al suelo diez o más culombios, asÍ:

                Q= I. t                                   Siendo: 

                                                                               Q= Culombio (carga)

                                                                                I= Intensidad (en amperios)

                                                                                T= Tiempo (en segundos)

                               1 Culombio= 6,3 . 10¹⁸ electrones

La carga de un rayo medio si pudiese captarse y almacenarse en una gran batería, sería suficiente para iluminar, durante un minuto, a una ciudad de 200.000 habitantes aproximadamente.

En la atmósfera, en la zona tormentosa por donde discurren los rayos que lo hacen por un estrecho canal de pocos centímetros de diámetro, el aire se calienta intensamente. Es tan súbito y rápido este calentamiento que ello origina lo que en Termodinámica se conoce como “onda de choque”. Esta onda de choque por calentamiento origina, después de un brevísimo intervalo de tiempo, un intenso ruido (onda sonora) que es, en realidad, el trueno.

Se calcula que en todo el planeta se producen entre 45.000 y 50.000 tormentas diarias; no olvidemos que cuando en el hemisferio Norte es invierno es verano en el hemisferio Sur y viceversa; y que las tormentas producidas generalmente en la época cálida, como antes se ha dicho, no paran de funcionar a escala planetaria. Por tanto imaginemos lo que podría significar poseer los medios técnicos adecuados para poder captar y almacenar en grandes baterías los cientos de miles de rayos que se producen cada día; una grandísima parte de la energía que consumimos la tendríamos asegurada solamente con los citados rayos.